Получение цветного металла : Меди

 

 По мере нагревания шихты  в печи протекают следующие  реакции восстановления окиси  меди и высших оксидов железа:

 6CuO + FeS = 3Cu2O + SO2 + FeO;

 FeS + 3Fe3O4 + 5SiO2 = 5(2FeO ( SiO2) + SO2

 

 В результате реакции образующейся закиси меди Cu2O с FeS получается

Cu2S:

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

 

 Сульфиды меди и железа, сплавляясь  между собой, образуют первичный  штейн, а расплавленные силикаты  железа, стекая по поверхности  откосов, растворяют другие оксиды  и образуют шлак.

 

 Благородные металлы (золото  и серебро) плохо растворяются  в шлаке и практически почти  полностью переходят в штейн.

 

 Штейн отражательной плавки  на 80-90% (по массе) состоит из  сульфидов меди и железа. Штейн  содержит, %: 15-55 меди; 15-50 железа; 20-30 серы; 0,5-

1,5 SiO2; 0,5-3,0 Al2O3; 0.5-2.0 (CaO + MgO); около 2% Zn и небольшое количество золота и серебра. Шлак состоит в основном из SiO2, FeO, CaO,

Al2O3 и содержит 0,1-0,5 % меди. Извлечение  меди и благородных металлов  в штейн достигает 96-99 %.

 

 Конвертирование медного штейна

 

 В 1866 г. русский инженер  Г. С. Семенников предложил  применить конвертер типа бессемеровского  для продувки штейна. Продувка  штейна снизу воздухом обеспечила  получение лишь полусернистой меди (около 79% меди) – так называемого белого штейна. Дальнейшая продувка приводила к затвердеванию меди. В 1880 г. русский инженер предложил конвертер для продувки штейна с боковым дутьем, что и позволило получить черновую медь в конвертерах.

 

 Конвертер делают длиной 6-10, с наружным диаметром 3-4 м.

 Производительность за одну  операцию составляет 80-100 т. Футеруют  конвертер магнезитовым кирпичом. Заливку расплавленного штейна  и слив продуктов осуществляют  через горловину конвертера, расположенной  в средней части его корпуса.  Через ту же горловину удаляют  газы. Фурмы для вдувания воздуха  расположены по образующей поверхности  конвертера. Число фурм обычно  составляет 46-52, а диаметр фурмы  – 50мм. Расход воздуха достигает  800 м2/мин. В конвертер заливают штейн и подают кварцевый флюс, содержащий 70-

80% SiO2, и обычно некоторое количество  золота. Его подают во время  плавки, пользуясь пневматической  загрузкой через круглое отверстие  в торцевой стенке конвертеров,  или же загружают через горловину  конвертера.

 

 Процесс можно разделить  на два периода. Первый период (окисление сульфида железа с  получением белого штейна) длится  около 6-024 часов в зависимости  от содержания меди в штейне. Загрузку кварцевого флюса начинают  с начала продувки. По мере  накопления шлака его частично  удаляют и заливают в конвертер  новую порцию исходного штейна, поддерживая определенный уровень  штейна в конвертере.

 

 В первом периоде протекают  следующие реакции окисления  сульфидов:

 2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 + 930360 Дж

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 + 765600 Дж

 

 Пока существует FeS, закись меди не устойчива и превращается в сульфид:

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

 

 Закись железа шлакуется добавляемым в конвертер кварцевым флюсом:

2FeO + SiO2 = (FeO) ( SiO2

 

 При недостатке SiO2 закись железа  окисляется до магнетита:

 6FeO + O2 = 2Fe3O4, который переходит в шлак.

 

 Температура заливаемого штейна  в результате протекания этих  экзотермических реакций повышается  с 1100–1200 до 1250-1350 0С . Более высокая температура нежелательна, и поэтому при продувке бедных штейнов, содержащих много FeS, добавляют охладители – твердый штейн, сплески меди.

 

 Из предыдущего следует, что  в конвертере остается главным  образом так называемый белый штейн, состоящий из сульфидов меди, а шлак сливается в процессе плавки. Он состоит в основном из различных оксидов железа

(магнетита, закиси железа) и  кремнезема, а также небольших  количеств глинозема, окиси кальция и окиси магния. При этом, как следует из вышесказанного, содержание магнетита в шлаке определяется содержанием магнетита в шлаке определяется содержанием кремнезема. В шлаке остается 1,8-

3,0% меди. Для ее извлечения шлак  в жидком виде направляют в  отражательную печь или в горн  шахтной печи.

 

 Во втором периоде, называемом  реакционным, продолжительность  которого составляет 2-3 часа, из белого  штейна образуется черновая медь. В этот период окисляется сульфид  меди и по обменной реакции  выделяется медь:

 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + O2

 

 Таким образом, в результате продувки получают черновую медь, содержащая 98,4-99,4% - меди, 0,01-0,04% железа, 0,02-0,1% серы, и небольшое количество никеля, олова, мышьяка, серебра, золота и конвертерный шлак, содержащий 22-30% SiO2, 47-70% FeO, около 3% Al2O3 и 1.5-2.5% меди.

 

 Рафинирование меди

 

 Для получения меди необходимо  чистоты черновую медь подвергают  огневому и электролитическому  рафинированию, и при этом, помимо  удаления вредных примесей, можно  извлечь также благородные металлы.  Огневое рафинирование черновой  меди проводят в печах, напоминающие  отражательные печи, используемые  для выплавки штейна из медных  концентратов. Электролиз ведут в ваннах, футурованных внутри свинцом или винипластом.

 

 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 Медь имеет широкое применение. Так, например, чистая медь используется  электротехнической промышленности.

 

 Важное значение имеют сплавы меди: латунь (сплав меди с цинком), бронза (сплав меди с оловом), алюминиевая бронза (сплав меди с алюминием), мельхиор (сплав меди с железом, никелем и марганцем) и др.

 

 Соли меди используется в  сельском хозяйстве для борьбы  с вредителями, в качестве микроудобрений, а также в качестве катализаторов  в химическом синтезе.

 

 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

1. Архипов В. В. Технология  металлов и других конструкционных  материалов.

 М.: «Высшая школа», - 1968

2. Воскобойников В. Г. Общая  металлургия. М.: - Металлургия, - 1985

3. Технология конструкционных  материалов. /под ред. Дальского А. М. – М.:

 

 «Машиностроение», - 1985

 

 ПРИЛОЖЕНИЕ

 

 

 СХЕМА 1

 

 ПОДГОТОВКА РУД К ПЛАВКЕ

 

(ОБОГАЩЕНИЕ, ОБЖИГ)

 

 ПЛАВКА НА ШТЕЙН

 

 ШЛАК ШТЕЙН

 

 В ОТВАЛ

 

 КОНВЕРТИРОВАНИЕ ШТЕЙНА

 

(ПРОДУВКА ВОЗДУХОМ)

 

 ЧЕРНОВАЯ МЕДЬ КОНВЕРТЕРНЫЙ

 

 ШЛАК

 

 РАФИНИРОВАНИЕ

 

 ОТХОДЫ МЕДЬ

 

 ПЕРЕРАБОТКА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ

 

 Ag, Au, Te и др.

 

СХЕМА 2

 

 ПЕРВЫЙ ПЕРИОД

 

2 FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 + 930360 Дж

 

 2CuS + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 + 765600 Дж

 

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

 

2FeO + SiO2 = (FeO)2 ( SiO2

 

6FeO + O2 = 2Fe3O4

 

 ВТОРОЙ ПЕРИОД

 

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

 

 Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2